Тема 4. Представление и обработка информации.

1.     Представление информации в компьютере. Основные свойства информации

2.     Формы представления информации в электронных устройствах.

 

1.     Представление информации в компьютере. Основные свойства информации

Для обмена информации с другими людьми человек использует естественные языки (русский, английский, китайский и др.), т.е. информация представляется с помощью естественных языков. В основе языка лежит алфавит, т.е. набор символов (знаков), которые человек различает по их начертанию. Например, в основе русского языка лежит кириллица, содержащая 33 знака, английский язык использует латиницу (26 знаков), китайский язык использует иероглифы (десятки тысяч знаков).

Последовательности символов алфавита в соответствии с правилами грамматики образуют основные объекты языка – слова. Правила, согласно которым образуются предложения из слов данного языка, называют синтаксисом. Наряду с естественными языками были разработаны и формальные языки (системы счисления, язык алгебры, языки программирования и др.). При этом алфавит могут составлять цифры, символы, формулы, ноты, изображения элементов электрических или логических схем, дорожные знаки, точки и тире и т.п. Основное отличие формальных языков от естественных состоит в наличии строгих правил грамматики и синтаксиса.

Представление информации может осуществляться с помощью языков, которые являются знаковыми системами. Каждая знаковая система строится на основе определенного алфавита и правил выполнения операций над знакам.

Знаки могут иметь различную физическую природу. Например, для представления информации с использованием языка в письменной форме, используются знаки, которые являются изображениями на бумаге или других носителях, в устной речи в качестве знаков языка используют различные звуки (фонемы), а при обработке текста на компьютере знаки представляются в виде последовательностей электрических импульсов (компьютерных кодов).

Преобразование информации из одной формы представления в другую называют кодированием. Средством кодирования служит таблица соответствия знаковых систем, которая устанавливает взаимно-однозначное соответствие между знаками или группой знаков двух различных знаковых систем. В процессе обмена информацией часто приходится производить операции кодирования и декодирования информации. Например, при вводе знака алфавита в компьютер путем нажатия соответствующей клавиши на клавиатуре происходит кодирование знака, т.е. преобразование его в компьютерный код. При выводе знака на экран монитора или кодирование 11 принтер происходит обратный процесс – декодирование, когда из компьютерного кода знак преобразуется в его графическое изображение.

Кодирование – это операция преобразования знаков или групп знаков одной знаковой системы в знаки или группы знаков другой знаковой системы.

 При кодировании информации ставятся следующие цели:

1) удобство физической реализации;

2) удобство восприятия;

3) высокая скорость передачи и обработки;

 4) экономичность, т.е. уменьшение избыточности сообщения;

 5) надежность, т.е. защита от случайных искажений;

6) сохранность, т.е. защита от нежелательного доступа к информации.

Эти цели часто противоречат друг другу. Например, стремясь к экономным сообщениям, мы тем самым уменьшаем их надежность и удобство восприятия. На разных этапах обработки информации достигаются разные цели и поэтому информация неоднократно перекодируется, преобразуется из вида, удобного для восприятия человеком, к виду, удобному для обработки автоматическими системами, и наоборот.

Классификация информации может быть выполнена по различным критериям. Например,

1) по форме представления: графическая, текстовая, числовая, звуковая, видео;

 2) по способу восприятия: визуальная, аудиальная, тактильная, обонятельная, вкусовая;

3) по стадии обработки: первичная, вторичная, промежуточная, результатная;

4) по стабильности: переменная, постоянная;

5) по функции управления: плановая, нормативно-справочная, учетная, оперативная

Качество информации – положительная характеристика информации, отражающая степень ее полезности для пользователя.

Показатель качества – одно из важных положительных свойств информации (с позиции потребителя).

К потребительским показателям качества информации можно отнести следующие:

 · Репрезентативность – правильность отбора и формирования информации в целях адекватного отражения свойств объекта.

· Содержательность – семантическая емкость. С увеличением содержательности информации растет семантическая пропускная способность информационных систем, так как для получения одних и тех же сведений требуется преобразовать меньший объем данных.

· Достаточность (полнота) – свойство информации исчерпывающе (для данного потребителя) характеризовать отображаемый объект и/или процесс.

 · Доступность - свойство информации, характеризующее возможность ее получения данным потребителем.

· Актуальность – определяется степенью сохранения ценности информации для управления в момент ее использования и зависит от динамики изменения ее характеристик и от интервала времени, прошедшего со времени решения поставленной задачи.

 · Своевременность – означает ее поступление не позже заранее назначенного момента времени, согласованного со временем решения поставленной задачи.

· Точность – определяется степенью близости получаемой информации к реальному состоянию объекта, процесса, явления и т. п.

· Достоверность – определяется ее свойством отражать реально существующие объекты с необходимой точностью.

· Устойчивость – отражает способность информации реагировать на изменение исходных данных без нарушения необходимой точности.

· Защищенность – свойство, характеризующее невозможность несанкционированного использования или изменения.

· Эргономичность – свойство, характеризующее удобство формы или объем информации с точки зрения данного потребителя.

Внутренние свойства информации:

 · Объем информации.

· Способ организации информации:

1) Данные, т.е. логически не упорядоченный набор сведений;

 2) Структура данных – логически упорядоченные наборы данных.

 Свойства информации, связанные с процессом хранения

· Живучесть – способность информации сохранять свое качество с течение времени.

· Уникальность – информация хранится в единственном экземпляре.

Внешние свойства информации по отношению к отражаемому объекту: Адекватность – свойство информации однозначно соответствовать отображаемому объекту или явлению.

2.     Формы представления информации в электронных устройствах.

Если рассматривать информацию в широком смысле исходя из подхода к ней как отображению разнообразия мира, то можно выделить три вида информации: непроявленную, проявленную, творящую.

Непроявленная информация – информация в "потенциале", в закодированном виде, как бы "до востребования", смысл которой скрыт от человеческого сознания. Она не может быть воспринята непосредственно сознанием человека или его органами чувств (мнимая информация). Непроявленной информацией считается, например, мысленный образ будущей картины художника или инженерного проекта, информация, хранящаяся на магнитных и оптических дисках компьютера. В компьютере – это совокупность данных и программ на носителе информации.

Проявленная информация может восприниматься сознанием человека и через его органы чувств. Проявленная информация присуща всем формам материального существования: высказывание человека, картина художника, книга, изображение на мониторе, звук в наушниках и т.д. Проявленная в вещественном мире информация может быть отраженной (без изменений) или отображенной – с изменением структуры и смысла в результате информационных преобразований и взаимодействий. Посредством компьютерных устройств объект восприятия (адресат) преобразует (получает) отображенную информацию в виде печатной, видео-, аудио- и другой информации.

Творящая информация рассматривается как сознание, характерна только для живых систем и включает способность стимулировать развитие (творение) систем.

По месту возникновения в организации выделяют: входную и выходную, внутреннюю и внешнюю информацию. По стадиям обработки информация может быть первичной, вторичной и результатной.

Человек воспринимает и передает информацию в образной и знаковой форме. Образное восприятие информации происходит в основном через органы чувств путем контакта с природой и объектами внешнего мира.

Элементами коммуникации (общения) людей являются знаки. Знак – материально, чувственно воспринимаемый предмет, явление или действие, служащие для обозначения другого предмета, свойства или отношения; для переработки и передачи информации. Любой знак обладает двумя качествами: "обозначением" (формой представления) и "значением" – смыслом. Значение может быть предметным, смысловым или экспрессивным. Различают языковые и неязыковые знаки. Обмен информацией с помощью знаков возможен, если обозначение знака ассоциируется у человека или устройства со значением. Совокупность знаков, для которых между источником и приемником информации существует соглашение о смысловом значении, называется знаковой системой. Последовательность знаков представляет информацию на материальном носителе – бумаге, магнитном и оптическом диске, магнитной ленте.

Знак может выглядеть как символ (буква, цифра, знак препинания, математический знак, специальный дорожный знак) или как графическое изображение (крест для христиан, полумесяц для мусульман, геральдический знак и двуглавый орел на гербе), а также их сочетание.

Для обработки информации компьютерными устройствами необходим точный перечень знаков. Информация проходит ряд преобразователей (кодирующие и декодирующие устройства) и обрабатывающую вычислительную машину. На стадиях преобразования и движения смысловые свойства знаков отступают на второй план, поэтому понятие "информация" заменяется общим понятием "данные".

дни и те же знаки в зависимости от контекста несут разную информацию и расцениваются по-разному. В формулах цифры используются как числа: запись 20:15 в математике воспринимается как "20 делить на 15", а в расписании поездов – как время отправления. В номерах квартир, телефонов, автомашин цифры воспринимаются как обозначения, их никто не станет перемножать или возводить в куб. К числам календарных дат (01.09.2013) применяют вычитание и сложение, но не умножение и деление.

Совокупность графических образов (символов, знаков, рисунков, движущихся изображений); звуков; сигналов, воспринимаемых органами осязания и обоняния, можно назвать языком общения в природе.

Языки разговорный, деловой, литературный, устный и письменный называются естественными, их построение отражает исторические и культурные традиции общества, психологические и образовательные особенности личности. Сообщения могут содержать информацию о фактах (лат. factum – сделанное, деяние, действие, поступок) или интерпретацию фактов (лат. interpretatio – истолкование, перевод). По знакам, свойственным обычному языку, формируется сообщение, разновидность знаков языка составляет долговременную, хранимую основу национальной культуры.

Искусственный язык использует формальные знаковые системы (математические и логические выражения, символы, ноты, дорожные знаки, знаки отличия, знаки морского флота), которые выполняют важную задачу замещения многословных и не всегда однозначных повествовательных высказываний естественного языка более строгими и компактными символическими построениями.

Естественный и искусственный языки передают информацию знаками посредством сообщения.

Работать с информацией в электронных устройствах можно в одной из двух форм: аналоговой или цифровой.

Аналоговая форма кодирует информацию непрерывными сигналами, которые меняются пропорционально тому, что они представляют. Микрофоны и обычные видеокамеры представляют голос и видео аналоговыми сигналами. Телефонная сеть передает голос по кабелю в виде аналоговых сигналов: переменный ток (его называют "синусоидальный несущий сигнал") непрерывно изменяется по частоте и амплитуде пропорционально (аналогично) звуковым колебаниям голоса говорящего.

Аналоговые сигналы как изменение несущего сигнала при передаче информации применяются в телефонной связи, радио- и телевещании. Вычислительные машины, использующие аналоговую форму обработки данных, называются аналоговыми. Простым аналоговым вычислителем является электрический счетчик потребляемой электроэнергии в зависимости от напряжения и силы тока. Однако на передачу аналоговых данных сильно влияют помехи, поэтому трудно управлять большим числом данных.

Цифровая обработка информации использует фиксированный, строго определенный набор знаков. Цифровые отображения текста, изображений, звука, видео хранятся в памяти компьютера, а также передаются с помощью сигналов между устройствами компьютера, от компьютера к компьютеру (по локальной сети или через глобальную сеть Интернет), от устройства к компьютеру (от модема, со сканера, цифровой фото- и видеокамеры), от компьютера к устройству (принтеру, модему, монитору). Формы представления информации различны: компьютерные программы и документы в цифровых кодах, символах, массивах чисел, записанные на различных носителях данных. Данные даются не в непрерывно меняющихся значениях, а в дискретных, которые можно описать цифрами, например 0 и 1. Вычислительные машины, использующие цифровую форму представления данных, называются цифровыми. В основе работы цифровой ЭВМ лежит двоичная система счисления.